The Influence of Asymmetric Sea Surface Temperature Forcing on the Tropical-Cyclone-Scale Vortex Dynamics

Abstract

비대칭 해수면 온도에 의한 강제력이 이상적인 열대 저기압 소용돌이에 미치는 영향은 수치 실험을 통해서 분석하였다. 먼저 수치 실험을 수행하기 위해 이상적인 열대 저기압 소용돌이를 구성하였다. 이상적인 열대 저기압 소용돌이는 경험식을 통해 생성되며, 관측으로부터 얻어진 주변장에 삽입된다. 이상적인 열대 저기압 소용돌이의 최하층 경계에서 해수면 온도장은 선형 함수를 통해서 얻는다. 해수면 온도장은 남쪽이 상대적으로 따뜻한 온도를 가지는 패턴과 북쪽이 상대적으로 따뜻한 온도를 가지는 패턴의2가지 조건, 그리고 앞서 언급한 조건들과 비교하기 위해 28.5℃로 해수면 온도가 일정한 조건을 추가하였다. 이 때, 모델을 수행하는데 있어서 주변류가 없도록 설정하여 이상적인 열대 저기압 소용돌이가 발달하기 좋은 조건으로 설정하였다. 남북 방향으로 온도 경도가 주어진 해수면 온도장을 고려하여 수치 모델의 경계 조건은 동서방향으로 주기적인 경계조건을 사용하였으며 남북방향으로 극 경계조건을 사용하였다. 모의 하는 시간 동안 이상적인 소용돌이를 고정시키기 위해 모델 영역 내에서 북위 15도의 동일한 전향력을 가지도록 설정하였다. 총 적분 기간은 96시간이며 30 km의 수평 해상도를 가진다. 해수면 온도장에 대한 이상적인 열대 저기압 소용돌이의 반응을 살펴보았다. 첫 번째로 소용돌이의 진로를 살펴보면, 일정한 해수면 온도를 가지는 실험의 경우 최종 모델 적분 시간에서 소용돌이의 위치는 초기 위치에서 크게 벗어나지 않았다. 하지만 온도 경도를 가지는 실험에서 열대 저기압 소용돌이는 상대적으로 차가운 바다로 나아갔으며 그 진행 방향은 주어진 온도 경도의 방향과 거의 같았다. 두 번째로 열대 저기압 소용돌이의 강도를 살펴보았다. 일정한 해수면 온도를 가지는 실험의 경우 중심 최소 기압과 최대 풍속은 최종 모델 적분 시간에서 각각 950 hPa, 55.5 ms-1까지 발달하였다. 그러나, 온도 경도를 가지는 실험의 경우 소용돌이의 강도는 상대적으로 약했다. 소용돌이 중심의 연직 온도 분포와 주변장의 연직 온도 분포를 비교한 결과에서도 차가운 바다 쪽으로 이동한 소용돌이들은 해수면 온도가 일정한 실험에 비해 더 많은 열적 강제력을 얻지 못했다는 것을 보였다. 이러한 결과는 최하층에서 차가운 해수면 온도가 열대 저기압 소용돌이의 강도를 약하게 한다는 것을 의미한다. 대기의 온도는 해수면 온도에 반응하여 따뜻한 바다 위와 차가운 바다 위에서 상대적으로 따뜻한 온도 분포와 차가운 온도 분포가 각각 나타났다. 대기 속에 수평 온도 경도가 존재할 경우, 대기 흐름에는 온도풍 균형을 근거로 한 연직 시어가 나타나야 한다. 이를 살펴보기 위해 열대 저기압 소용돌이의 축대칭 바람 성분을 제외한 종관 규모 바람장을 분석하였다. 소용돌이가 상대적으로 차가운 해수면 온도 위로 이동했던 실험들의 경우 모델 적분 48 시간부터 최종 적분 시간까지 동서 바람에 의한 연직 시어가 유지되었다. 이 시간 동안 소용돌이는 주변류 보다는 연직 시어의 영향을 받았다는 것을 보였다. 결국 해수면 온도 경도로 인해 유발된 대기 속 연직 시어는 그 속에 존재하는 열대 저기압 소용돌이에 영향을 미친다. 대기 흐름 속에 존재하는 연직 시어와 관련하여 이동하는 열대 저기압 소용돌이를 설명하기 위한 많은 연구가 수행되었다. 그들의 연구에서 열대 저기압 규모 소용돌이는 위치 소용돌이도 관점에서 상층의 고기압적 회전을 하는 위치 소용돌이도와 하층의 저기압적 회전을 하는 위치 소용돌이도로 볼 수 있으며, 상하층간의 소용돌이도의 상호작용에 의해 연직 시어 벡터의 왼쪽으로 전파해 나간다는 것을 보였다. 본 연구에서 분석한 위치 소용돌이도에서도 이전 연구에서 언급한 결과와 비슷한 결과를 보였다. 연직시어의 영향을 살펴보기 위해 수행된 추가적인 수치 실험에서도 열대 저기압 규모의 소용돌이는 시간이 지남에 따라 연직 시어 벡터의 왼쪽으로 이동해 나갔다. 따라서 해수면 온도는 그 위의 대기에 영향을 주어 대기 속에 연직 시어를 발생시키며, 발생된 연직 시어의 영향을 받은 본 연구에서 열대 저기압 규모의 소용돌이는 상대적으로 차가운 해수면 온도를 가진 바다 쪽으로 나아간다.